JP2015233175A

JP2015233175A - マルチキャスト暗号通信装置

Info

Publication number: JP2015233175A
Application number: JP2014118447A
Authority: JP
Inventors: 芳正狩野; Yoshimasa Kano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2015-12-24

Abstract

【課題】送信側と受信側で共有する鍵の数を増やすことを目的とする。【解決手段】管理部１００から送信された鍵生成用種を用いて、乱数関数による乱数演算を繰り返し実行回数Ｎ（Ｎは整数）回繰り返し実行処理することで暗号鍵２１１を生成するとともに、当該繰り返し実行回数Ｎをカウントし、暗号化された暗号データに繰り返し実行回数Ｎのカウント数を付加してマルチキャスト通信データを送信するカウンタ付加部を有したマルチキャスト送信部と、上記鍵生成用種を用いて、乱数関数による乱数演算を上記繰り返し実行回数Ｎのカウント数だけ繰り返し実行することで暗号鍵３１１を生成し、暗号データを復号化するマルチキャスト受信部を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、送信側から複数の受信側に同時送信するマルチキャスト方式で暗号化通信を行う場合に、送信側の暗号化と受信側の復号化に用いる共通の暗号鍵を、効率的に変更するマルチキャスト暗号通信装置に関するものである。

マルチキャスト暗号通信は、すべての機材で暗号化通信に使用する暗号鍵（以下、鍵）を共有する。送信機から送信される暗号データは、各々の受信機で共有した鍵を用いて復号化することで、暗号化によるデータ通信を行う。マルチキャスト通信は、送信機から受信機へ一方向に通信がなされるので、通信の確達性が保障されない。そのため頻繁に暗号鍵を変更する場合に、送信機側と受信機側で複数の鍵を共有して、暗号化されたデータに付加されている鍵情報に基づき、送信機側で使用した鍵を受信機側で特定する通信技術がある(例えば特許文献１参照)。

また、送信機及び受信機に複数の鍵を含んだ関数を使用し、鍵の識別子を使用して送信機及び受信機のそれぞれの鍵を特定することで、暗号化通信を行う技術がある（例えば特許文献２参照）。

特開２００７−１８１１９８号公報特開２００９−０８１７５５号公報

従来のマルチキャスト暗号通信は、送信機及び受信機で共有する鍵の数は有限となる。そのため頻繁に鍵を更新する場合、共有している有限数の鍵の中から使用する鍵を選択する。このことから同じ鍵を繰り返し使用することとなって、この繰り返し使用が暗号化通信のセキュリティを確保する上での弱点となる。

この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、送信側と受信側で共有する鍵の数を増やすことを目的とする。

この発明によるマルチキャスト暗号通信装置は、上記管理部から送信された鍵生成用種を用いて、乱数関数による乱数演算を繰り返し実行回数Ｎ（Ｎは整数）回繰り返し実行処理することで送信側暗号鍵を生成するとともに、当該繰り返し実行回数Ｎをカウントする送信側暗号鍵生成部、上記送信側暗号鍵生成部の生成した送信側暗号鍵を用いてデータを暗号化するデータ暗号部、及び上記データ暗号部により暗号化された暗号データに、上記送信側暗号鍵生成部でカウントした繰り返し実行回数Ｎのカウント数を付加してマルチキャスト通信データを送信するカウンタ付加部、を有したマルチキャスト送信部と、上記管理部から送信された鍵生成用種を用いて、乱数関数による乱数演算を、上記カウンタ付加部から送信されたマルチキャスト通信データの有する繰り返し実行回数Ｎのカウント数だけ繰り返し実行することで受信側暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成部、及び上記受信側暗号鍵生成部の生成した受信側暗号鍵を用いて、上記データ復号部により上記カウンタ付加部から送信されたマルチキャスト通信データの有する暗号データを復号化するデータ復号部、を有したマルチキャスト受信部と、を備えたマルチキャスト暗号通信装置である。

この発明によれば、送信機及び受信機で共有する暗号鍵の使用数をより増やすことができ、通信パケットごとに異なる鍵を使用した暗号化通信が可能となるため、通信のセキュリティの安全性が向上する。

また、送信機及び受信機で暗号鍵を共有するために必要となるデータは小さくて済むので、鍵更新の処理負荷が低減される。

実施の形態１によるマルチキャスト暗号通信装置の構成を示す図である。実施の形態１による送信部の構成と暗号化処理の流れを示す図である。実施の形態１による受信部の構成と復号化処理の流れを示す図である。

実施の形態１．
図１は、この発明にかかる実施の形態１によるマルチキャスト暗号通信装置の構成を示す図である。図２は、実施の形態１による送信部の構成と暗号化処理の流れを示す図である。図３は、実施の形態１による受信部の構成と暗号化処理の流れを示す図である。以下、図１から図３を用いて、実施の形態１によるマルチキャスト暗号通信装置の構成及び動作について説明する。

図１において、実施の形態１によるマルチキャスト暗号通信装置は、マルチキャスト通信データ５００を送信するマルチキャスト送信部２００と、マルチキャスト通信データ５００を受信する複数個のマルチキャスト受信部３００と、暗号化に使用する鍵情報に関するデータを管理する鍵生成用種の管理部１００を備えて構成される。
なお、鍵生成用種の管理部１００は、マルチキャスト送信部２００に一体的に組み込んだ構成とすることも可能である。

マルチキャスト送信部２００は、送信側暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成部である鍵生成部２１０と、データ暗号部２２０と、カウンタ付加部２３０により構成される。各マルチキャスト受信部３００は、受信側暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成部である鍵生成部３１０と、データ復号部３２０により構成される。

鍵生成用種の管理部１００は、マルチキャスト暗号通信によりマルチキャスト通信データ５００を送受信する、マルチキャスト送信部２００及びマルチキャスト受信部３００を含むすべての機材に、鍵生成用種４０１を送信データ４００として送信する。これにより、マルチキャスト送信部２００及び各マルチキャスト受信部３００を含むすべての機材で鍵生成用種４０１を共有することになる。

マルチキャスト送信部２００は、マルチキャスト通信データ５００を送信する際に、図２に示すデータフローにより、データの暗号化処理を行う。鍵生成部２１０は、鍵生成用種の管理部１００から受信した鍵生成用種４０１を用いて、送信側暗号鍵である暗号鍵２１１を生成する。このとき鍵生成部２１０は、鍵生成用種４０１を乱数の種とし、乱数関数を呼び出して鍵の生成演算処理を行う乱数関数演算を、複数回繰り返し実行することで、暗号鍵２１１を生成する。また、鍵生成部２１０は、暗号鍵２１１の生成を実行する度に、カウンタ２１２にカウント信号を出力する。カウンタ２１２は、鍵生成部２１０による暗号鍵２１１の生成の度に出力されるカウント信号をカウントすることで、上記乱数関数演算の繰り返し実行回数をカウントし、そのカウント数（繰り返し実行回数Ｎ）を出力する。鍵生成部２１０とカウンタ２１２は暗号鍵生成部を構成する。

このカウンタ２１２でカウントする乱数関数演算の繰り返し実行回数Ｎは、マルチキャスト通信データ５００のデータ送信ごとに異なる回数としても、一定回数又は一定期間同じ回数としても良い。また、同じ回数を一定回数又は一定期間使用する場合、暗号鍵の生成処理を省略することができる。

データ暗号部２２０は、暗号鍵２１１を使用して、送信するデータ２０１を暗号化し、暗号データ２２１を生成する。データ２０１は外部から入力されても、内部で生成されてもよい。

カウンタ付加部２３０は、暗号データ２２１にカウンタ２１２のカウントしたカウント数（繰り返し実行回数Ｎ）を付加したマルチキャスト通信データ５００を生成する。生成したマルチキャスト通信データ５００は、マルチキャスト送信部２００のカウンタ付加部２３０から通信データとして送信される。ここで、マルチキャスト通信データ５００は、カウンタ２１２によるカウント数（繰り返し実行回数Ｎ）５０１と、暗号データ５０２から構成される。暗号データ５０２は暗号データ２２１と同じデータである。

なお、カウンタ付加部２３０は、マルチキャスト通信データ５００を所定単位（パケット単位）で送信するごとに、鍵生成部２１０にデータ送信完了を通知する。鍵生成部２１０は、このデータ送信完了通知を受けることで、乱数関数の繰り返し実行回数を変更する。ただし、一定回数または一定期間の間同じ回数のままとしてもよい。

各マルチキャスト受信部３００は、マルチキャスト通信データ５００を受信した際に、図３に示すデータフローにより、データの復号化処理を行う。鍵生成部３１０は、鍵生成用種の管理部１００から受信した鍵生成用種４０１及びマルチキャスト通信データ５００に含まれるカウント数５０１を用いて、受信側暗号鍵である暗号鍵３１１を生成する。この鍵生成部３１０は、マルチキャスト送信部２００内の鍵生成部２１０と同じ乱数関数を使用して、鍵生成用種４０１を乱数の種とし、カウント数５０１の示す回数だけ関数演算を繰り返し実行することで、暗号鍵３１１として暗号鍵２１１と同じ鍵を生成することができる。

データ復号部３２０は、生成した暗号鍵３１１を用いて暗号データ５０２を復号し、データ３２１を取得する。データ３２１はマルチキャスト送信部２００にて暗号化を行う前のデータ２０１と同じデータとなる。

これにより、マルチキャスト送信部２００で暗号化されて送信されたマルチキャスト通信データ５００を、マルチキャスト受信部３００により復号化することができる。

また、マルチキャスト通信データ５００のデータ送信ごとに乱数関数演算の繰り返し実行回数を異なる回数とすることで、例えばデータを複数のパケットに分割して送信する場合に、パケットごとに異なる暗号鍵２１１及び暗号鍵３１１を使用することができる。

このマルチキャスト暗号通信において、全てのマルチキャスト受信部３００の中から一部のマルチキャスト受信部３００を排除する場合に、排除したマルチキャスト受信部３００が暗号鍵３１１を利用することができないように、排除しない残りのマルチキャスト受信部３００で共有する鍵の更新を行う。鍵生成用種の管理部１００は、送信データ４００の鍵生成用種４０１を更新することで、マルチキャスト受信部３００で共有する鍵を更新する。

また、鍵生成部２１０及び鍵生成部３１０において、複数の乱数関数を用いてそれぞれの鍵を生成することで、共有する鍵を複数利用してセキュリティの向上を図ることができる。この場合、鍵生成部２１０及び鍵生成部３１０で使用する複数の乱数関数にそれぞれ対応した識別子を設定することで、当該識別子により、データ暗号化部２２０及びデータ復号化部３２０で生成し使用する暗号鍵２１１を特定することができる。マルチキャスト送信部２００は、マルチキャスト通信データ５００に当該識別子を含めて送信することで、マルチキャスト受信部３００は当該識別子を用いて使用する乱数関数を特定し、特定の暗号鍵３１１を生成することができる。

なお、上記識別子と乱数関数の特定には、特許文献２の技術を使用することも可能である。この場合でも、暗号鍵２１１及び暗号鍵３１１は当該乱数関数とマルチキャスト通信データ５００に含まれるカウント数５０１により特定されるため、パケットごとに異なる鍵を使用することで、暗号化通信のセキュリティを向上することともに、鍵生成用種４０１の送信は一度限りであってもいいので、鍵更新時の処理負荷を低減することができる。

このため、送信側のマルチキャスト送信部２００及び受信側のマルチキャスト受信部３００の共有鍵となる暗号鍵２１１及び暗号鍵３１１の数を、パケット数に応じた数として理論上は無限とすることができるので、通信パケットごとに異なる鍵を使用した暗号化通信が可能となり、暗号化通信時のセキュリティが向上する。

また、一部の受信機を排除する場合に、排除した受信機で利用していた鍵の使用を避けるために共有する鍵を更新する。従来のマルチキャスト暗号通信装置は、複数の鍵、または鍵に基づいて暗号化を行う暗号化関数の再配布が必要となり、鍵更新の処理負荷が高くなるという問題があった。しかしながら、実施の形態１によるマルチキャスト暗号通信装置は、鍵生成用種の管理部１００から配布される鍵は、最低限１つの鍵生成用種４０１で済む。このため送信側のマルチキャスト送信部２００及び受信側のマルチキャスト受信部３００で鍵を共有するために必要となるデータは小さくなり、鍵更新の処理負荷が低減される。

以上説明した通り、実施の形態１によるマルチキャスト暗号通信装置は、鍵生成用種４０１を送信する鍵生成用種の管理部１００と、上記管理部１００から送信された鍵生成用種４０１を用いて、乱数関数による乱数演算を繰り返し実行回数Ｎ（Ｎは整数）回繰り返し実行処理することで送信側の暗号鍵２１１を生成するとともに、当該繰り返し実行回数Ｎをカウントする送信側の暗号鍵生成部（鍵生成部２１０）、上記送信側の暗号鍵生成部の生成した送信側の暗号鍵を用いてデータを暗号化するデータ暗号部２２０、及び上記データ暗号部２２０により暗号化された暗号データ２２１に、上記送信側の暗号鍵生成部でカウントした繰り返し実行回数Ｎのカウント数を付加してマルチキャスト通信データを送信するカウンタ付加部２３０、を有したマルチキャスト送信部２００と、上記管理部１００から送信された鍵生成用種４０１を用いて、乱数関数による乱数演算を、上記カウンタ付加部２３０から送信されたマルチキャスト通信データ５００の有する繰り返し実行回数Ｎのカウント数だけ繰り返し実行することで受信側の暗号鍵３１１を生成する受信側の暗号鍵生成部（鍵生成部３１０）、及び上記受信側の暗号鍵生成部の生成した受信側の暗号鍵３１１を用いて、上記データ復号部３２０により上記カウンタ付加部２３０から送信されたマルチキャスト通信データ５００の有する暗号データを復号化するデータ復号部３２０、を有したマルチキャスト受信部３００と、を備える。送信側の暗号鍵２１１は受信側の暗号鍵３１１と同じである。また、鍵生成部２１０は、マルチキャスト通信データ５００を送信するごとに、繰り返し実行回数Ｎを変更する。

これによって、送信機及び受信機で共有する暗号鍵の使用数をより増やして無限大とすることができ、通信パケットごとに異なる鍵を使用した暗号化通信が可能となるため、通信のセキュリティの安全性が向上する。

１００鍵生成用種の管理部、２００マルチキャスト送信部、２０１暗号化前の送信するデータ、２１０鍵生成部、２１１暗号鍵、２１２カウンタ、２２０データ暗号部、２３０カウンタ付加部、３００マルチキャスト受信部、３１０鍵生成部、３１１暗号鍵、３２０データ復号部、３２１復号化後の受信データ、４００送信データ、４０１鍵生成用種、５００マルチキャスト通信データ、５０１カウント数、５０２暗号データ。

Claims

鍵生成用種を送信する管理部と、
上記管理部から送信された鍵生成用種を用いて、乱数関数による乱数演算を繰り返し実行回数Ｎ（Ｎは整数）回繰り返し実行処理することで送信側暗号鍵を生成するとともに、当該繰り返し実行回数Ｎをカウントする送信側暗号鍵生成部、
上記送信側暗号鍵生成部の生成した送信側暗号鍵を用いてデータを暗号化するデータ暗号部、
及び上記データ暗号部により暗号化された暗号データに、上記送信側暗号鍵生成部でカウントした繰り返し実行回数Ｎのカウント数を付加してマルチキャスト通信データを送信するカウンタ付加部、
を有したマルチキャスト送信部と、
上記管理部から送信された鍵生成用種を用いて、乱数関数による乱数演算を、上記カウンタ付加部から送信されたマルチキャスト通信データの有する繰り返し実行回数Ｎのカウント数だけ繰り返し実行することで受信側暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成部、
及び上記受信側暗号鍵生成部の生成した受信側暗号鍵を用いて、上記データ復号部により上記カウンタ付加部から送信されたマルチキャスト通信データの有する暗号データを復号化するデータ復号部、
を有したマルチキャスト受信部と、
を備えたマルチキャスト暗号通信装置。
上記送信側暗号鍵は上記受信側暗号鍵と同じであるマルチキャスト暗号通信装置。
上記送信側暗号鍵生成部は、上記マルチキャスト通信データを送信するごとに、繰り返し実行回数Ｎを変更するマルチキャスト暗号通信装置。